WO2020015954A1 - Method and device for characterizing the surface shape of an optical element - Google Patents

Method and device for characterizing the surface shape of an optical element Download PDF

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WO2020015954A1
WO2020015954A1 PCT/EP2019/066628 EP2019066628W WO2020015954A1 WO 2020015954 A1 WO2020015954 A1 WO 2020015954A1 EP 2019066628 W EP2019066628 W EP 2019066628W WO 2020015954 A1 WO2020015954 A1 WO 2020015954A1
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optical element
interferogram
polarization
measurements
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PCT/EP2019/066628
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Steffen Siegler
Thomas Schicketanz
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/70—Using polarization in the interferometer

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for characterizing the surface shape of an optical element.
  • Microlithography is used to manufacture microstructured components, such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out in a so-called projection exposure system, which has an illumination device and a projection objective.
  • projection lenses designed for the EUV range ie at wavelengths of, for example, about 13 nm or about 7 nm
  • mirrors are used as optical components for the imaging process due to the lack of suitable translucent refractive materials.
  • NA image-side numerical aperture
  • NA numerical aperture
  • CGH computer-generated holograms
  • phase components include, among other things, polarization-induced phase components, for example, due to various influences of the polarization state occurring in the respective optical system (such as, for example, through birefringent layers present on optical elements, voltage birefringence, etc.), by which the results obtained in the passport determination are falsified.
  • Polarization measurements that can be carried out for this purpose are, however, complex and can in turn be faulty.
  • a test wave reflected on the optical element is superimposed with a reference wave not reflected on the optical element.
  • the method is characterized in that the fit of the optical element is determined based on at least two interferogram measurements with electromagnetic radiation, each with linear input polarization or circular input polarization, the input polarizations for these two interferogram measurements being different from one another. who differentiate.
  • the fit of the optical element is determined based on at least two interferogram measurements with electromagnetic radiation from linear input polarization, the input polarizations for these two interferogram measurements differing from one another with regard to the polarization direction of the electromagnetic radiation.
  • the input polarizations for these two interferogram measurements are orthogonal to one another.
  • the fit of the optical element is determined based on averaging the interferogram phases obtained in each case from the two interferogram measurements.
  • the invention is initially based on the consideration that, in addition to the phase component actually to be determined (corresponding to the passport of the test object), there are further phase components in the Interferogram phase determined by the ferometric test arrangement, two polarization-induced components in particular can be distinguished:
  • a first polarization-induced phase component is caused by the polarization effect in those areas of the optical system or the interferometric test arrangement which are not passed through together by the light waves that come into interference (i.e. reference wave and test wave).
  • a second polarization-induced phase component is caused by the polarization effect in those areas of the optical system which are passed through together by the light waves which come to interference (ie reference wave and test wave), more precisely by the coupling between this polarization effect with the aforementioned polarization effect of the first part.
  • this second polarization-induced phase component is against the background that it is actually a contribution from areas in the optical system which are equally traversed by the light waves reaching interference, in contrast to the first polarization-induced phase component, not immediately trivial, however follows from the above Coupling and a mathematical investigation using the well-known Jones formalism.
  • the Jones matrices for the polarization effects of the individual sections present in the interferometric test arrangement can be represented by a breakdown into elementary polarization elements, ie as a product of a scalar transmission, a factor with a scalar phase and three Jones matrices for a rotator, a rotated dichroic Polarizer and a rotated, retarding phase (hereinafter referred to as "retarder”) polarization-influencing element.
  • the simplification is made that the axial directions of the linear dichroic polarizer and the linear retarder in the Jones matrices coincide with the waves split by the diffractive structure for the individual waves. This collinearity in the axial directions for each wave that arises is approximately the case with a diffractive structure.
  • a reference wave can also be generated by reflection on a Fizeau surface, the formalism described still remaining valid.
  • the magnitudes of the dichroism and the retardation can then be set to approximately zero for the reference wave generated on a Fizeau surface, since normal light incidence is normally desired on the Fizeau surface, so that the polarization effect is vanishingly small.
  • phase components that are added to the polarization-induced phase components described above (in addition to the actually correcting phase proportion corresponding to the passport of the test object) in the interferogram phase determined with the interferometric test arrangement include, among other things, a modulating phase proportion (e.g. as a result of shifts in the respective reference mirror or the reference surface) and, when using a diffractive (e.g. CGH) structure, one by the scalars Phases resulting from the Jones matrices of this diffractive structure.
  • a modulating phase proportion e.g. as a result of shifts in the respective reference mirror or the reference surface
  • a diffractive e.g. CGH
  • the invention is based in particular on the concept of significantly reducing the second polarization-induced phase component by determining the passport on the basis of two determinations of the interferogram phase, which differ from one another in the respectively selected input polarization.
  • the input polarizations that differ from one another can be linear polarization states that are orthogonal to one another, which in turn are selected such that these linear polarization states in the polarization direction match the direction of the eigenvectors of the Jones matrix, which correspond to the polarization effect of the optical system in the area covered by the reference wave and test wave.
  • the disclosure is not limited to making two interferogram measurements of linear input polarization. Rather, embodiments are also intended to be covered by the present disclosure. in which the fit of the optical element is determined based on an interferogram measurement with electromagnetic radiation from linear input polarization, since this already reduces the polarization effect in the area that the reference wave and test wave pass through, and thus also a reduction in the coupling described above is achieved.
  • the invention therefore also relates to a method for characterizing the surface shape of an optical element, wherein in at least one interferogram measurement carried out with an interferometric test arrangement, a test wave reflected on the optical element with a reference wave not reflected on the optical element is used for Storage is carried out, with a determination of the fit of the optical element based on averaging interferogram phases obtained in each case with two interferogram measurements, the input polarizations for these two interferogram measurements being orthogonal to one another.
  • the above-mentioned two interferogram measurements can also be carried out as part of a pre-calibration on any calibration test specimen, for example in order in this way to first determine the difference between the polarization-induced interferogram phases on the basis of these interferogram measurements , Ansch manend the interferogram measurement can then be carried out on the optical element that is actually to be characterized in terms of its surface shape using only one of the two input polarizations used in the pre-calibration, whereupon the passport of the test specimen is based on both the interferogram phase obtained here and the difference between the polarization-induced interferogram phases previously determined on the basis of the preliminary calibration is determined for the two mutually orthogonal input polarizations.
  • These mutually orthogonal input polarizations can each be linear input polarizations or circular input polarizations.
  • the above-described preliminary calibration avoids an increase in the measurement time associated with the implementation of two interferogram measurements for the actual test object.
  • the above-mentioned preliminary calibration can also be carried out for a circular input polarization, in addition to two linear input polarizations perpendicular to one another.
  • the later interferogram measurement on the optical element that is actually to be characterized with regard to its surface shape can also be carried out for a circular input polarization (possibly desired for the purpose of improving the contrast), since the pre-calibration then for the conversion into corresponding interferogram phases for the two mutually perpendicular linear input polarizations (or one analogous to the previous averaging interferogram phase) can be used.
  • the optical element to be characterized with regard to its surface shape can in particular be a mirror.
  • the optical element can be designed for a working wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
  • the optical element can be an optical element of a microlithographic projection exposure system.
  • the invention further relates to a device for characterizing the surface shape of an optical element, in particular an optical element of a microlithographic projection exposure system, the device being configured to carry out a method with the features described above.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration to explain the possible structure of an interferometric test arrangement that can be used in the method according to the invention
  • FIG. 2-3 flow diagrams to explain exemplary embodiments of a method according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic illustration to explain another possible structure of an interferometric test arrangement that can be used in the method according to the invention.
  • Figure 5 is a schematic representation of a projection exposure system designed for operation in the EUV.
  • FIG. 5 initially shows a schematic illustration of an exemplary projection exposure system designed for operation in the EUV, which has mirrors that can be checked using a method according to the invention.
  • an illumination device in a projection exposure system 510 designed for EUV has a field facet mirror 503 and a pupil facet mirror 504.
  • a first telescope mirror 505 and a second telescope mirror 506 are arranged in the light path after the pupil facet mirror 504.
  • a deflection mirror 507 is arranged in the light path, which directs the radiation striking it onto an object field in the object plane of a projection objective comprising six mirrors 521-526.
  • a reflective structure-bearing mask 531 is arranged on a mask table 530, which is imaged with the aid of the projection objective in an image plane in which a substrate 541 coated with a light-sensitive layer (photoresist) is located on a wafer table 540.
  • the optical element tested in an interferometric test arrangement described below with the method according to the invention can be, for example, any mirror of the projection exposure system 510.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration to explain a possible structure of an interferometric test arrangement for testing a mirror using a CGH.
  • the illuminating radiation generated by a light source (not shown) and emerging from the exit surface of an optical waveguide 101 emerges as an input wave 105 with a spherical wavefront, passes through a beam splitter 110 and then strikes a complex-coded CGH 120.
  • the CGH 120 In transmission, the CGH 120 generates a total of four output waves from the input shaft 105, of which one output wave acts as a test wave on the surface of the optical element to be characterized in terms of its surface shape in the form of a mirror 140 with a shape corresponding to the desired shape Surface of this mirror hits 140 adapted wavefront.
  • the CGH 120 generates three further output waves from the input shaft 105 in transmission, each of which strikes a further reflective optical element 131, 132 or 133.
  • a shutter is designated with “135”.
  • the CGH 120 also serves to superimpose the test wave reflected by the mirror 140 and the reference waves reflected by the elements 131-133, which again hit the beam splitter 110 as convergent rays and are reflected by the latter in the direction of an interferometer camera 160 designed as a CCD camera. through an eyepiece 150.
  • the interferometer camera 160 detects an interferogram generated by the interfering waves, from which the actual shape of the optical surface of the mirror 140 is determined via an evaluation device (not shown).
  • the optical system or the interferometric test arrangement is subdivided into sections passed through by the light waves reaching interference and sections separated or not passed through by the light waves reaching interference.
  • the separation point between the sections that have been run through together and the sections that have passed separately forms a diffractive structure (in FIG. 1, the CGH 120).
  • the part of the system from the lighting source to the diffractive structure should also be viewed as a jointly traversed section, since the waves are only separated at the diffractive structure.
  • the section of the interferometer from the diffractive structure to the interferometer camera is a jointly run system part.
  • the polarization effect is normally predominantly given by the polarization effect of the diffractive structure; all other polarization effects in these sections can usually be neglected, since the incidence of light on the test, reference and calibration surfaces is preferably vertical and therefore almost without polarization effect.
  • the fit of the optical element or mirror 140 is now determined based on at least one interferogram measurement with electromagnetic radiation from linear input polarization.
  • the method according to the invention can comprise at least two interferogram measurements with electromagnetic radiation of linear input polarization, the input polarizations for these two interferogram measurements being orthogonal to one another.
  • the polarization of the input polarizations used for these two interferogram measurements preferably coincide with the directions of the eigenvectors of a Jones matrix, which determine the polarization effect of the interferometric test arrangement in their area traversed by reference wave and test wave.
  • a polarization-influencing element 170 which is schematically indicated in FIG. 1 and which can be configured in any suitable manner and can be variably arranged in the optical beam path, is used to set the corresponding input polarization.
  • a suitable polarizer for setting linear polarization can be used in combination with a lambda / 2 plate for switching between the respective polarization directions.
  • a suitable polarizer can be used in combination with a rotatable lambdas plate and a rotatable lambda / 4 plate for setting orthogonal linear and circular input polarizations.
  • the above-mentioned two interferogram measurements can be carried out directly on the optical element to be characterized with regard to its surface shape, which takes place in steps S210 and S220 using the flow diagram shown in FIG. 2.
  • an averaged interferogram phase is calculated in step S230 from the two interferogram phases obtained in steps S210 and S220, and the fit of the test object is determined in step S240 on the basis of this averaged interferogram phase ,
  • the input polarizations used in the two interferogram measurements mentioned can be linear input polarizations or also circular input polarizations.
  • the polarization-induced phase component in the interferogram phase up to a certain order includes terms that are identical (ie independent of the input polarization) for the mutually orthogonal input polarizations as well as a term that corresponds to the mutually orthogonal inputs course polarizations have the same amount but opposite signs.
  • the result of this is that only the terms that are identical or independent of the mutually orthogonal input polarizations remain in the averaging according to the invention.
  • the polarization-dependent part designated by the lower index “pol”
  • the polarization-dependent part differs by the two preceding signs.
  • the expressions given are only approximate and represent only the proportions of the second polarization-induced phase component in the interferogram phase (other phase components such as the first polarization-induced phase component, the phase component due to the scalar phases of the diffractive structure, a phase component due to the testing surface and any other phase components are not included here).
  • the superscript numbers in brackets indicate the order of the terms with regard to the development according to the small sizes for dichroism and retardation of the diffractive structure. If d denotes the strength of the dichroism and r the strength of the retardation for a wave formed on the diffractive structure, the term contains only terms with the products d 2 , r 2 and d - r.
  • the superscript number therefore typically indicates the size of the amount of the respective term, for example, is larger than f (2 ⁇
  • the signs (and also the amounts) of the individual terms can depend on the position in the interferogram and the interfering waves considered in each case or because e.g. in the case of normally distributed production fluctuations of the individual optical elements with polarization effect, the corresponding phases, with deduction of the nominal phases and ideal knowledge of the polarization elements, can have different signs (and amounts) with a similar probability.
  • the second polarization-induced phase component can be changed by the transition from a circular to a linear input polarization and further by averaging the interferogram phases for the two orthogonal input polarizations, since the order of the terms in the strengths of dichroism and retardation for the diffractive structure increases by one order for each step and the size of the amounts of the respective terms is gradually reduced.
  • a pre-calibration can also be carried out in a step S310 (of which with regard to the Surface to be characterized optical element different) calibration sample can be performed.
  • step S320 the difference between the polarization-induced interferogram phases obtained for the mutually orthogonal input polarizations can then be determined in step S320.
  • the actual interferogram measurement on the optical element to be characterized with regard to its surface shape then only has to be carried out for one of the two input polarizations used in the pre-calibration (step S330), the pass determination then being carried out The interferogram phase obtained in this way and the difference previously determined in step S320 can be carried out.
  • the mutually orthogonal input polarizations used in the pre-calibration can also be linear input polarizations or circular input polarizations.
  • the interferogram measurements carried out in the pre-calibration can then be used in the interferogram measurement carried out on the optical element actually to be characterized in terms of its surface shape to convert to the corresponding mean value for the two input polarizations used, according to the formula
  • f 1 and f 2 denote the two input polarizations orthogonal to one another, the index k standing for the preliminary calibration.
  • the above-described preliminary calibration can avoid an increase in the measurement time associated with the implementation of two interferogram measurements for the actual test object.
  • the pre-calibration may further include an interferogram measurement using electromagnetic radiation with circular input polarization.
  • the later interferogram measurement on the optical element that is actually to be characterized with regard to its surface shape can also be carried out for a circular input polarization (possibly desired for the purpose of improving contrast), since the pre-calibration is then carried out for conversion into the corresponding interferogram Phases can be used for the two mutually perpendicular linear input polarizations (or an interferogram phase averaged analogously to the above embodiments).
  • FIG. 4 shows a further exemplary configuration of an interferometric test arrangement.
  • an interferogram is generated in a Fizeau arrangement between a reference wave reflected on a reference surface 402 (“Fizeau plate”) and a test wave reflected on a mirror 401.
  • the measuring light is shaped by a CGFI 403 into an aspherical wavefront, which mathematically corresponds exactly to the "test specimen shape" (i.e. the shape of the mirror 401 in question) at a desired distance.
  • the wavefronts reflected by the reference surface 402 on the one hand and the relevant mirror 401 or test specimen on the other hand interfere with one another in an interferometer 404, which according to FIG CCD camera 410.
  • An interferogram of the respective mirror 401 is recorded with the CCD camera 410.
  • a polarization-influencing element 450 which is indicated only schematically in FIG. 4, is used to set the corresponding input polarization, and can be configured in any suitable manner analogously to FIG. 1 and can be arranged variably in the optical beam path.

Abstract

The invention relates to a method and a device for characterizing the surface shape of an optical element. In a method according to the invention, in at least one interferogram measurement carried out by an interferometric test arrangement, a test wave reflected at the optical element is caused to be superimposed with a reference wave not reflected at the optical element. One aspect of the invention here involves determining the figure of the optical element on the basis of at least two interferogram measurements using electromagnetic radiation having in each case linear input polarization or in each case circular input polarization, wherein the input polarizations for these two interferogram measurements differ from one another.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung der  Method and device for characterizing the
Oberflächenform eines optischen Elements  Surface shape of an optical element
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patent- anmeldung DE 10 2018 211 853.1 , angemeldet am 17. Juli 2018. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference“) mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen. The present application claims the priority of the German patent application DE 10 2018 211 853.1, filed on July 17, 2018. The content of this DE application is incorporated into the present application text by reference (“incorporation by reference”).
HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der Erfindung Field of the Invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements. The invention relates to a method and a device for characterizing the surface shape of an optical element.
Stand der Technik State of the art
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikro- lithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) proji- ziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Sub- strats zu übertragen. In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellen- längen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Kom- ponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Typische für EUV ausgelegte Projektionsobjektive, wie z.B. aus US 2016/0085061 A1 bekannt, können bei- spielsweise eine bildseitige numerische Apertur (NA) im Bereich von NA = 0.55 aufweisen und bilden ein (z.B. ringsegmentförmiges) Objektfeld in die Bild- ebene bzw. Waferebene ab. Microlithography is used to manufacture microstructured components, such as integrated circuits or LCDs. The microlithography process is carried out in a so-called projection exposure system, which has an illumination device and a projection objective. The image of a mask illuminated by the illumination device (= reticle) is projected by means of the projection lens onto a substrate coated with a light-sensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection lens (for example a silicon wafer), in order to apply the mask structure onto the light-sensitive layer Transfer coating of the substrate. In projection lenses designed for the EUV range, ie at wavelengths of, for example, about 13 nm or about 7 nm, mirrors are used as optical components for the imaging process due to the lack of suitable translucent refractive materials. Typical projection objectives designed for EUV, as known, for example, from US 2016/0085061 A1, can have, for example, an image-side numerical aperture (NA) in the range of NA = 0.55 and form an (for example ring segment-shaped) object field in the image plane or wafer plane from.
Mit der Erhöhung der bildseitigen numerischen Apertur (NA) geht typischer- weise eine Vergrößerung der erforderlichen Spiegelflächen der in der Projektionsbelichtungsanlage eingesetzten Spiegel einher. Dies hat wiederum zur Folge, dass neben der Fertigung auch die Prüfung der Oberflächenform der Spiegel eine anspruchsvolle Herausforderung darstellt. Hierbei kommen zur hochgenauen Prüfung der Spiegel insbesondere interferometrische Mess- verfahren zum Einsatz. The increase in the numerical aperture (NA) on the image side is typically accompanied by an increase in the required mirror areas of the mirrors used in the projection exposure system. This in turn means that in addition to manufacturing, checking the surface shape of the mirrors is a demanding challenge. Interferometric measuring methods are used in particular for the highly precise inspection of the mirrors.
Dabei ist u.a. die Verwendung Computer-generierter Hologramme (CGH) be- kannt, wobei insbesondere in ein- und dasselbe CGH zusätzlich zu der für die eigentliche Prüfung benötigten Funktionalität (d.h. der entsprechend der Spiegelform ausgelegten CGH-Struktur zur Formung der mathematisch der Prüflingsform entsprechenden Wellenfront) wenigstens eine weitere„Kalibrier- funktionalität“ zur Bereitstellung einer zur Kalibrierung bzw. Fehlerkorrektur dienenden Referenzwellenfront einkodiert werden kann. Among other things, the use of computer-generated holograms (CGH) is known, at least in particular in one and the same CGH in addition to the functionality required for the actual test (ie the CGH structure designed in accordance with the mirror shape to form the wavefront corresponding mathematically to the test piece shape) Another “calibration functionality” can be encoded to provide a reference wavefront for calibration or error correction.
Weiter ist es z.B. auch bekannt, in einer Fizeau-Anordnung ein Interferogramm zwischen einer an einer Referenzfläche („Fizeau-Platte“) reflektierten Referenzwelle und einer an dem Spiegel reflektierten Prüfwelle zu erzeugen. Further it is e.g. also known to generate an interferogram in a Fizeau arrangement between a reference wave reflected on a reference surface (“Fizeau plate”) and a test wave reflected on the mirror.
Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die bei der jeweiligen Inter- ferogramm-Messung ermittelte und für die jeweilige Passe-Bestimmung heran- gezogene Interferogramm-Phase neben dem eigentlich zu bestimmenden Phasenanteil (entsprechend der Oberflächenform bzw. Passe des Prüflings) weitere Phasenanteile aufweist. Diese weiteren Phasenanteile umfassen u.a. polarisationsinduzierte Phasenanteile z.B. aufgrund diverser, im jeweiligen optischen System auftretender Beeinflussungen des Polarisationszustandes (wie beispielsweise durch an optischen Elementen vorhandene doppelbre- chende Schichten, Spannungsdoppelbrechung etc.), durch welche die bei der Passe-Bestimmung erhaltenen Ergebnisse verfälscht werden. A problem that arises in practice is that the interferogram phase determined in the respective interferogram measurement and used for the respective passport determination in addition to the phase portion actually to be determined (corresponding to the surface shape or passport of the test object) has further phase components. These further phase components include, among other things, polarization-induced phase components, for example, due to various influences of the polarization state occurring in the respective optical system (such as, for example, through birefringent layers present on optical elements, voltage birefringence, etc.), by which the results obtained in the passport determination are falsified.
Eine Kompensation bzw. ein gezieltes Herausrechnen dieser polarisations- induzierten Phasenanteile erfordert deren möglichst genaue Kenntnis. Hierzu durchführbare Polarisationsmessungen gestalten sich jedoch aufwändig und können wiederum ihrerseits fehlerbehaftet sein. Compensation or a specific calculation of these polarization-induced phase components requires their knowledge as precise as possible. Polarization measurements that can be carried out for this purpose are, however, complex and can in turn be faulty.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf US 2016/0085061 A1 , DE 198 26 385 A1 , DE 103 04 822 A1 , US 2015/0192769 A1 , DE 10 2014 205 406 A1 und DE 10 2009 015 393 B3 sowie die Publikationen B. Geh et al. : „ The impact of projection lens polarization properties on lithographic process at hyper-NA“, Proc. of SPIE Vol. 6520, 65200F, 2007 Artikelnummer: 65200F. - ISSN 1996-756X (E); 0277-786X (P), DOI: 10.1117/12.722317 und R. Clark Jones:„A New Calculus for the Treatment of Optical Systems: I“Description and Discussion of the Calculus“, II“Proof of 3 general equivalence theorems", III“The Sohncke theory of optical activity", In: Journal of the Optical Society of America (JOSA), Bd. 31 (1941 ), Bd. 7 S. 500-503, ISSN 0030-3941 (P), DOI: 10.1364/JOSA.31.000500 verwiesen. The state of the art is only exemplified by US 2016/0085061 A1, DE 198 26 385 A1, DE 103 04 822 A1, US 2015/0192769 A1, DE 10 2014 205 406 A1 and DE 10 2009 015 393 B3 and publications B. Geh et al. : "The impact of projection lens polarization properties on lithographic process at hyper-NA", Proc. of SPIE Vol. 6520, 65200F, 2007 Item number: 65200F. - ISSN 1996-756X (E); 0277-786X (P), DOI: 10.1117 / 12.722317 and R. Clark Jones: "A New Calculus for the Treatment of Optical Systems: I" Description and Discussion of the Calculus ", II" Proof of 3 general equivalence theorems ", III "The Sohncke theory of optical activity", In: Journal of the Optical Society of America (JOSA), Vol. 31 (1941), Vol. 7 pp. 500-503, ISSN 0030-3941 (P), DOI: 10.1364 / JOSA.31.000500 referenced.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
Vor dem obigen Flintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements bereitzustellen, welche eine erhöhte Genauigkeit unter zumindest teilweiser Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patent- ansprüche gelöst. In view of the above background, it is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for characterizing the surface shape of an optical element, which enable increased accuracy while at least partially avoiding the problems described above. This object is achieved in accordance with the features of the independent patent claims.
Bei einem Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines opti- schen Elements wird in wenigstens einer mit einer interferometrischen Prüfan- ordnung durchgeführten Interferogramm-Messung eine an dem optischen Element reflektierte Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflek- tierten Referenzwelle zur Überlagerung gebracht. In a method for characterizing the surface shape of an optical element, in at least one interferogram measurement carried out with an interferometric test arrangement, a test wave reflected on the optical element is superimposed with a reference wave not reflected on the optical element.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung der Passe des optischen Elements basierend auf wenigstens zwei Interferogramm- Messungen mit elektromagnetischer Strahlung von jeweils linearer Eingangs- polarisation oder jeweils zirkularer Eingangspolarisation erfolgt, wobei die Ein- gangspolarisationen für diese zwei Interferogramm-Messungen sich voneinan- der unterscheiden. The method is characterized in that the fit of the optical element is determined based on at least two interferogram measurements with electromagnetic radiation, each with linear input polarization or circular input polarization, the input polarizations for these two interferogram measurements being different from one another. who differentiate.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt eine Bestimmung der Passe des opti- schen Elements basierend auf wenigstens zwei Interferogramm-Messungen mit elektromagnetischer Strahlung von linearer Eingangspolarisation, wobei die Eingangspolarisationen für diese zwei Interferogramm-Messungen sich hin- sichtlich der Polarisationsrichtung der elektromagnetischen Strahlung von- einander unterscheiden. According to one embodiment, the fit of the optical element is determined based on at least two interferogram measurements with electromagnetic radiation from linear input polarization, the input polarizations for these two interferogram measurements differing from one another with regard to the polarization direction of the electromagnetic radiation.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Eingangspolarisationen für diese zwei Interferogramm-Messungen orthogonal zueinander. According to one embodiment, the input polarizations for these two interferogram measurements are orthogonal to one another.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Passe des opti- schen Elements basierend auf einer Mittelung von bei den zwei Interfero- gramm-Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phasen. According to one embodiment, the fit of the optical element is determined based on averaging the interferogram phases obtained in each case from the two interferogram measurements.
Die Erfindung geht zunächst von der Überlegung aus, dass hinsichtlich der neben dem eigentlich zu bestimmenden Phasenanteil (entsprechend der Passe des Prüflings) vorhandenen weiteren Phasenanteile in der mit der inter- ferometrischen Prüfanordnung ermittelten Interferogramm-Phase insbesondere zwei polarisationsinduzierte Anteile unterschieden werden können: The invention is initially based on the consideration that, in addition to the phase component actually to be determined (corresponding to the passport of the test object), there are further phase components in the Interferogram phase determined by the ferometric test arrangement, two polarization-induced components in particular can be distinguished:
Ein erster polarisationsinduzierter Phasenanteil wird durch die Polarisations- wirkung in denjenigen Bereichen des optischen Systems bzw. der interferomet- rischen Prüfanordnung verursacht, welche von den zur Interferenz gelangen- den Lichtwellen (d.h. Referenzwelle und Prüfwelle) nicht gemeinsam durch- laufen werden. A first polarization-induced phase component is caused by the polarization effect in those areas of the optical system or the interferometric test arrangement which are not passed through together by the light waves that come into interference (i.e. reference wave and test wave).
Zusätzlich zu diesem ersten Anteil wird ein zweiter polarisationsinduzierter Phasenanteil durch die Polarisationswirkung in denjenigen Bereichen des opti- schen Systems verursacht, welche von den zur Interferenz gelangenden Lichtwellen (d.h. Referenzwelle und Prüfwelle) gemeinsam durchlaufen wer- den, genauer gesagt durch die Kopplung zwischen dieser Polarisationswirkung mit der zuvor genannten Polarisationswirkung des ersten Anteils. In addition to this first component, a second polarization-induced phase component is caused by the polarization effect in those areas of the optical system which are passed through together by the light waves which come to interference (ie reference wave and test wave), more precisely by the coupling between this polarization effect with the aforementioned polarization effect of the first part.
Die Existenz dieses zweiten polarisationsinduzierten Phasenanteils ist vor dem Hintergrund, dass es sich eigentlich um einen Beitrag von Bereichen im opti- schen System handelt, welche von den zur Interferenz gelangenden Lichtwel- len gleichermaßen durchlaufen werden, im Gegensatz zum ersten polarisationsinduzierten Phasenanteil nicht unmittelbar trivial, folgt jedoch aus der o.g. Kopplung und einer mathematischen Untersuchung unter Anwendung des für sich bekannten Jones-Formalismus. The existence of this second polarization-induced phase component is against the background that it is actually a contribution from areas in the optical system which are equally traversed by the light waves reaching interference, in contrast to the first polarization-induced phase component, not immediately trivial, however follows from the above Coupling and a mathematical investigation using the well-known Jones formalism.
In diesem Zusammenhang wird auf die Publikation B. Geh et al. :„The impact of projection lens polarization properties on lithographic process at hyper-NA“, Proc. of SPIE Vol. 6520, 65200F, 2007 verwiesen. In this context, reference is made to the publication B. Geh et al. : "The impact of projection lens polarization properties on lithographic process at hyper-NA", Proc. of SPIE Vol. 6520, 65200F, 2007.
Hierbei lassen sich die Jones-Matrizen für die Polarisationswirkungen der ein- zelnen, in der interferometrischen Prüfanordnung vorhandenen Abschnitte über eine Zerlegung in elementare Polarisationselemente darstellen, d.h. als Pro- dukt aus einer skalaren Transmission, einem Faktor mit einer skalaren Phase und drei Jones-Matrizen für einen Rotator, einen gedrehten dichroitischen Polarisator und ein gedrehtes, in der Phase retardierend wirkendes (im Folgenden„Retarder“ genanntes) polarisationsbeeinflussendes Element. The Jones matrices for the polarization effects of the individual sections present in the interferometric test arrangement can be represented by a breakdown into elementary polarization elements, ie as a product of a scalar transmission, a factor with a scalar phase and three Jones matrices for a rotator, a rotated dichroic Polarizer and a rotated, retarding phase (hereinafter referred to as "retarder") polarization-influencing element.
Zur Abschätzung der Effekte wird vereinfacht nur eine lineare, jedoch keine (in Interferometer-Optiken i.d.R. vernachlässigbare) zirkulare bzw. chirale Polari- sationswirkung durch Dichroismus und Retardierung betrachtet und weiter an- genommen, dass Dichroismus und Retardierung in den jeweiligen Abschnitten des Interferometers jeweils vergleichsweise wenig ausgeprägt sind, so dass einige der resultierenden Gleichungen bis zu einer bestimmten Ordnung in die- sen Größen entwickelt werden können. Dabei wird die Entwicklung in den Stärken von Dichroismus und Retardierung in den gemeinsam durchlaufenen Abschnitten nur bis zu linearen Termen in diesen Größen, also bis zur 1. Ord- nung, durchgeführt. To estimate the effects, only a linear, but not a circular or chiral polarization effect (usually negligible in interferometer optics) through dichroism and retardation is considered and it is further assumed that dichroism and retardation in the respective sections of the interferometer are comparative are not very pronounced, so that some of the resulting equations can be developed up to a certain order in these sizes. The development in the strengths of dichroism and retardation in the sections run through together is only carried out up to linear terms in these sizes, ie up to the 1st order.
In den jeweiligen Interferometer-Abschnitten, die von den in der Prüfanordnung zur Interferenz gelangenden Lichtwellen getrennt durchlaufen werden, werden Entwicklungen bis zu höheren Ordnungen als 1. Ordnung ausgeführt, und die Polarisationswirkung wird für jede aufgespaltene Welle durch Jones-Matrizen mit üblicherweise jeweils unterschiedlichen Stärken für Dichroismus und Retar- dierung und im Normalfall jeweils unterschiedlichen Achsrichtungen von Dich- roismus und Retardierung beschrieben. In the respective interferometer sections, which are passed through separately by the light waves reaching the interference in the test arrangement, developments are carried out up to higher orders than the 1st order, and the polarization effect for each split wave is carried out by Jones matrices with usually different strengths described for dichroism and retardation and normally different axis directions of dichroism and retardation.
Da die Polarisationswirkung vor allem bei Polarisationselementen mit großen Strahlablenkungen groß ist, ist üblicherweise von einer in der Prüfanordnung vorhandenen beugenden Struktur eine größere Polarisationswirkung zu erwar- ten als von den übrigen in der Prüfanordnung vorhandenen Polarisations- elementen. Daher werden für die Abschätzung Entwicklungen in den Größen für Dichroismus und Retardierung für den gemeinsam durchlaufenen Teil näherungsweise nur bis zur 1. Ordnung und für die nach der beugenden Struk- tur getrennt durchlaufenen Abschnitte bis zu höheren Ordnungen durchgeführt. Eine Entwicklung in den Stärken von Dichroismus und Retardierung für die beugende Struktur nur bis zu einer gewissen Ordnung kann dadurch motiviert werden, dass deren Phaseneffekt im Vergleich zur durch die beugende Struk- tur verursachten skalaren Phase i.d.R. deutlich geringer ist. Since the polarization effect is particularly high in the case of polarization elements with large beam deflections, a larger polarization effect can usually be expected from a diffractive structure present in the test arrangement than from the other polarization elements present in the test arrangement. For this reason, developments in the sizes for dichroism and retardation are only carried out approximately up to the first order for the part that is run through together, and up to higher orders for the sections that are run through separately according to the diffractive structure. This can motivate a development in the strengths of dichroism and retardation for the diffractive structure only up to a certain order that the phase effect is usually significantly lower compared to the scalar phase caused by the diffractive structure.
Des Weiteren wird die Vereinfachung getroffen, dass die Achsrichtungen des linearen dichroitischen Polarisators und des linearen Retarders in den Jones- Matrizen zu den durch die beugende Struktur aufgespaltenen Wellen jeweils für die einzelnen Wellen zusammenfallen. Diese Kollinearität in den Achsrich- tungen je entstehende Welle ist näherungsweise bei einer beugenden Struktur gegeben. Furthermore, the simplification is made that the axial directions of the linear dichroic polarizer and the linear retarder in the Jones matrices coincide with the waves split by the diffractive structure for the individual waves. This collinearity in the axial directions for each wave that arises is approximately the case with a diffractive structure.
Werden Abschnitte im Interferometer doppelt durchlaufen, so folgt die Jones- Matrix auf dem Rückweg der Lichtausbreitung aus der Jones-Matrix für den Hinweg gemäß der Publikation R. Clark Jones:„A New Calculus for the Treat ment of Optical Systems: I Description and Discussion of the Calculus“, JOSA, Vol. 31 (1941 ). If sections in the interferometer are run through twice, the Jones matrix follows on the way back of the light propagation from the Jones matrix for the way there according to the publication R. Clark Jones: “A New Calculus for the Treatment of Optical Systems: I Description and Discussion of the Calculus ”, JOSA, vol. 31 (1941).
Um die Interferogramm-Phasen aus modulierenden Intensitäten für die ortho- gonalen linearen bzw. zirkularen Eingangspolarisationen analytisch einfacher ausrechnen zu können, werden sämtliche Jones-Matrizen in der Basis der für sich bekannten Pauli-Matrizen dargestellt, und es wird der zum Jones- Formalismus gleichwertige und für sich bekannte Stokes-Formalismus mit komplexwertigen, die Interferenz beschreibenden Müller-Matrizen verwendet. In order to be able to calculate the interferogram phases from modulating intensities for the orthogonal linear or circular input polarizations more easily, all Jones matrices are represented on the basis of the Pauli matrices known per se, and the equivalent to the Jones formalism is shown and uses Stokes formalism, known per se, with complex-valued Müller matrices that describe the interference.
In weiteren Anwendungen der Erfindung kann eine Referenzwelle auch durch Reflexion an einer Fizeau-Fläche erzeugt werden, wobei der beschriebene Formalismus weiterhin gültig bleibt. Für die an einer Fizeau-Fläche erzeugte Referenzwelle können die Größen des Dichroismus und der Retardierung dann näherungsweise zu Null gesetzt werden, da an der Fizeau-Fläche im Normal- fall ein möglichst senkrechter Lichteinfall erwünscht ist, wodurch die Polarisati- onswirkung verschwindend klein ist. In further applications of the invention, a reference wave can also be generated by reflection on a Fizeau surface, the formalism described still remaining valid. The magnitudes of the dichroism and the retardation can then be set to approximately zero for the reference wave generated on a Fizeau surface, since normal light incidence is normally desired on the Fizeau surface, so that the polarization effect is vanishingly small.
Weitere, zu den vorstehend beschriebenen polarisationsinduzierten Phasen- anteilen noch hinzukommende Phasenanteile (neben dem eigentlich zu be- stimmenden Phasenanteil entsprechend der Passe des Prüflings) in der mit der interferometrischen Prüfanordnung ermittelten Interferogramm-Phase umfassen u.a. einen modulierenden Phasenanteil (z.B. infolge Verschiebungen des jeweiligen Referenzspiegels bzw. der Referenzfläche) sowie bei Einsatz einer beugenden (z.B. CGH-)Struktur einen durch die skalaren Phasen aus den Jones-Matrizen dieser beugenden Struktur resultierenden Phasenanteil. Further phase components that are added to the polarization-induced phase components described above (in addition to the actually correcting phase proportion corresponding to the passport of the test object) in the interferogram phase determined with the interferometric test arrangement include, among other things, a modulating phase proportion (e.g. as a result of shifts in the respective reference mirror or the reference surface) and, when using a diffractive (e.g. CGH) structure, one by the scalars Phases resulting from the Jones matrices of this diffractive structure.
Ausgehend von den o.g. Überlegungen liegt der Erfindung nun insbesondere das Konzept zugrunde, den zweiten polarisationsinduzierten Phasenanteil dadurch signifikant zu reduzieren, dass die Passe-Bestimmung auf Basis zwei- er Bestimmungen der Interferogramm-Phase erfolgt, welche sich in der jeweils gewählten Eingangspolarisation voneinander unterscheiden. Starting from the above The invention is based in particular on the concept of significantly reducing the second polarization-induced phase component by determining the passport on the basis of two determinations of the interferogram phase, which differ from one another in the respectively selected input polarization.
Insbesondere kann es sich bei den voneinander verschiedenen Eingangspola- risationen um zueinander orthogonale lineare Polarisationszustände handeln, welche wiederum derart gewählt sind, dass diese linearen Polarisations- zustände in der Polarisationsrichtung mit der Richtung der Eigenvektoren der Jones-Matrix übereinstimmen, welche die Polarisationswirkung des optischen Systems in dessen von Referenzwelle und Prüfwelle gemeinsam durchlaufe- nen Bereich beschreibt. In particular, the input polarizations that differ from one another can be linear polarization states that are orthogonal to one another, which in turn are selected such that these linear polarization states in the polarization direction match the direction of the eigenvectors of the Jones matrix, which correspond to the polarization effect of the optical system in the area covered by the reference wave and test wave.
Durch diese Wahl der Eingangspolarisationen wird zum einen eine Reduzie- rung der Polarisationswirkung in dem besagten, von Referenzwelle und Prüf- welle gemeinsam durchlaufenen Bereich und damit auch eine Reduzierung der vorstehend beschriebenen Kopplung erzielt. Zum anderen wird, wie aus einer im Weiteren noch ausgeführten mathematischen Betrachtung ersichtlich, durch Mittelung der jeweils anhand dieser Eingangspolarisationen berechneten Inter- ferogramm-Phasen eine weitere Reduzierung der Polarisationswirkung er- reicht. By this choice of the input polarizations, on the one hand a reduction of the polarization effect in the said area, which the reference wave and test wave pass through, and thus also a reduction of the coupling described above is achieved. On the other hand, as can be seen from a mathematical consideration which will be explained below, a further reduction in the polarization effect is achieved by averaging the interferogram phases calculated in each case on the basis of these input polarizations.
Die Offenbarung ist nicht auf die Durchführung von zwei Interferogramm- Messungen von linearer Eingangspolarisation beschränkt. Vielmehr sollen auch Ausführungsformen als von der vorliegenden Offenbarung umfasst gel- ten, bei denen eine Bestimmung der Passe des optischen Elements basierend auf einer Interferogramm-Messung mit elektromagnetischer Strahlung von line- arer Eingangspolarisation erfolgt, da bereits hiermit eine Reduzierung der Pola- risationswirkung in dem von Referenzwelle und Prüfwelle gemeinsam durch- laufenen Bereich und damit auch eine Reduzierung der vorstehend beschrie- benen Kopplung erzielt wird. The disclosure is not limited to making two interferogram measurements of linear input polarization. Rather, embodiments are also intended to be covered by the present disclosure. in which the fit of the optical element is determined based on an interferogram measurement with electromagnetic radiation from linear input polarization, since this already reduces the polarization effect in the area that the reference wave and test wave pass through, and thus also a reduction in the coupling described above is achieved.
Die zuvor erwähnte Bestimmung der Passe des optischen Elements basierend auf einer Mittelung von bei zwei Interferogramm-Messungen mit zueinander orthogonalen Eingangspolarisationen jeweils erhaltenen Interferogramm- Phasen ist auch für beliebige andere (nicht notwendigerweise lineare) Ein- gangspolarisationen vorteilhaft. The aforementioned determination of the fit of the optical element based on averaging interferogram phases obtained in each case with two interferogram measurements with mutually orthogonal input polarizations is also advantageous for any other (not necessarily linear) input polarizations.
Die Erfindung betrifft daher gemäß einem weiteren Aspekt auch ein Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements, wobei in wenigstens einer mit einer interferometrischen Prüfanordnung durchgeführten Interferogramm-Messung eine an dem optischen Element reflektierte Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten Referenzwelle zur Über- lagerung gebracht wird, wobei eine Bestimmung der Passe des optischen Elements basierend auf einer Mittelung von bei zwei Interferogramm- Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phasen erfolgt, wobei die Ein- gangspolarisationen für diese zwei Interferogramm-Messungen orthogonal zu- einander sind. According to a further aspect, the invention therefore also relates to a method for characterizing the surface shape of an optical element, wherein in at least one interferogram measurement carried out with an interferometric test arrangement, a test wave reflected on the optical element with a reference wave not reflected on the optical element is used for Storage is carried out, with a determination of the fit of the optical element based on averaging interferogram phases obtained in each case with two interferogram measurements, the input polarizations for these two interferogram measurements being orthogonal to one another.
In Ausführungsformen der Erfindung werden die o.g. zwei Interferogramm- Messungen an dem hinsichtlich der Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element durchgeführt. In embodiments of the invention, the above-mentioned. two interferogram measurements were carried out on the optical element to be characterized with regard to the surface shape.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann die Durchführung der o.g. zwei Interferogramm-Messungen auch im Rahmen einer Vorab-Kalibrierung an einem beliebigen Kalibrier-Prüfling erfolgen, um z.B. auf diese Weise zunächst den Unterschied zwischen den polarisationsinduzierten Interferogramm- Phasen anhand dieser Interferogramm-Messungen zu ermitteln. Anschießend kann dann die Interferogramm-Messung am tatsächlich hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element unter Verwendung nur einer einzigen der beiden bei der Vorab-Kalibrierung verwendeten Ein- gangspolarisationen durchgeführt werden, woraufhin die Passe des Prüflings auf Basis sowohl der hierbei erhaltenen Interferogramm-Phase als auch des zuvor anhand der Vorab-Kalibrierung ermittelten Unterschieds zwischen den polarisationsinduzierten Interferogramm-Phasen für die beiden zueinander orthogonalen Eingangspolarisationen bestimmt wird. Bei diesen zueinander orthogonalen Eingangspolarisationen kann es sich jeweils um lineare Ein- gangspolarisationen oder auch um zirkulare Eingangspolarisationen handeln. In further embodiments of the invention, the above-mentioned two interferogram measurements can also be carried out as part of a pre-calibration on any calibration test specimen, for example in order in this way to first determine the difference between the polarization-induced interferogram phases on the basis of these interferogram measurements , Anschießend the interferogram measurement can then be carried out on the optical element that is actually to be characterized in terms of its surface shape using only one of the two input polarizations used in the pre-calibration, whereupon the passport of the test specimen is based on both the interferogram phase obtained here and the difference between the polarization-induced interferogram phases previously determined on the basis of the preliminary calibration is determined for the two mutually orthogonal input polarizations. These mutually orthogonal input polarizations can each be linear input polarizations or circular input polarizations.
Die bei der Vorab-Kalibrierung durchgeführten Interferogramm-Messungen können dann bei der am tatsächlich hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element durchgeführten Interferogramm- Messung zur Umrechnung auf den entsprechenden Mittelwert für die beiden verwendeten Eingangspolarisationen genutzt werden, gemäß der Formel cp = 0.5 (fc + f2)— 0.5 (_f1 k + <p2,/c) + <Pi,k - Dabei bezeichnen f1 und f2 die beiden zueinander orthogonalen Eingangspolarisationen, wobei der Index k für die Vorab-Kalibrierung steht. The interferogram measurements carried out in the pre-calibration can then be used in the interferogram measurement carried out on the optical element which is actually to be characterized in terms of its surface shape to convert to the corresponding mean value for the two input polarizations used, according to the formula cp = 0.5 (f c + f 2 ) - 0.5 (_f 1 k + <p 2, / c ) + <Pi, k - f 1 and f 2 denote the two mutually orthogonal input polarizations, with the index k standing for the pre-calibration.
Im Ergebnis kann durch die vorstehend beschriebene Vorab-Kalibrierung eine mit der Durchführung von zwei Interferogramm-Messungen für den eigent- lichen Prüfling einhergehende Vergrößerung der Messzeit vermieden werden. As a result, the above-described preliminary calibration avoids an increase in the measurement time associated with the implementation of two interferogram measurements for the actual test object.
In weiteren Ausführungsformen kann die o.g. Vorab-Kalibrierung auch - zusätz- lich zu zwei zueinander senkrechten linearen Eingangspolarisationen - für eine zirkulare Eingangspolarisation durchgeführt werden. In Verbindung mit einer solchen Vorab-Kalibrierung kann die spätere Interferogramm-Messung am eigentlich hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element auch für eine (ggf. zwecks Kontrastverbesserung gewünschte) zirkula- re Eingangspolarisation erfolgen, da die Vorab-Kalibrierung dann zur Umrech- nung in entsprechende Interferogramm-Phasen für die beiden zueinander senkrechten linearen Eingangspolarisationen (bzw. eine analog zu den vorste- henden Ausführungsformen gemittelte Interferogramm-Phase) genutzt werden kann. In further embodiments, the above-mentioned preliminary calibration can also be carried out for a circular input polarization, in addition to two linear input polarizations perpendicular to one another. In connection with such a pre-calibration, the later interferogram measurement on the optical element that is actually to be characterized with regard to its surface shape can also be carried out for a circular input polarization (possibly desired for the purpose of improving the contrast), since the pre-calibration then for the conversion into corresponding interferogram phases for the two mutually perpendicular linear input polarizations (or one analogous to the previous averaging interferogram phase) can be used.
Das hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierende optische Ele- ment kann insbesondere ein Spiegel sein. Des Weiteren kann das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere we niger als 15nm, ausgelegt sein. Insbesondere kann das optische Element ein optisches Element einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage sein. The optical element to be characterized with regard to its surface shape can in particular be a mirror. Furthermore, the optical element can be designed for a working wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm. In particular, the optical element can be an optical element of a microlithographic projection exposure system.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Charakterisierung der Ober- flächenform eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Ele- ments einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Vorrichtung dazu konfiguriert ist, ein Verfahren mit den vorstehend beschrie- benen Merkmalen durchzuführen. The invention further relates to a device for characterizing the surface shape of an optical element, in particular an optical element of a microlithographic projection exposure system, the device being configured to carry out a method with the features described above.
Zu Vorteilen sowie vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfah- ren Bezug genommen. For advantages and advantageous configurations of the device, reference is made to the above statements in connection with the method according to the invention.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher er- läutert. Further refinements of the invention can be found in the description and the subclaims. The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments illustrated in the attached figures.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterungen des mögli- chen Aufbaus einer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren interferometrischen Prüfanordnung; Figur 2-3 Flussdiagramme zur Erläuterung beispielhafter Ausführungs- formen eines erfindungsgemäßen Verfahrens; FIG. 1 shows a schematic illustration to explain the possible structure of an interferometric test arrangement that can be used in the method according to the invention; FIG. 2-3 flow diagrams to explain exemplary embodiments of a method according to the invention;
Figur 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines weiteren möglichen Aufbaus einer bei dem erfindungsgemäßen Verfah- ren verwendbaren interferometrischen Prüfanordnung; und FIG. 4 shows a schematic illustration to explain another possible structure of an interferometric test arrangement that can be used in the method according to the invention; and
Figur 5 eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage. Figure 5 is a schematic representation of a projection exposure system designed for operation in the EUV.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Fig. 5 zeigt zunächst eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, welche mit einem erfindungsgemäßen Verfahren prüfbare Spiegel aufweist. 5 initially shows a schematic illustration of an exemplary projection exposure system designed for operation in the EUV, which has mirrors that can be checked using a method according to the invention.
Gemäß Fig. 5 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgeleg- ten Projektionsbelichtungsanlage 510 einen Feldfacettenspiegel 503 und einen Pupillenfacettenspiegel 504 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 503 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 501 und einen Kollektorspiegel 502 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacetten- spiegel 504 sind ein erster Teleskopspiegel 505 und ein zweiter Teleskopspie- gel 506 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 507 ange- ordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebe- ne eines sechs Spiegel 521-526 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 531 auf einem Maskentisch 530 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 541 auf einem Wafertisch 540 be- findet. Bei dem in einer im Weiteren beschriebenen interferometrischen Prüfanord- nung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüften optischen Element kann es sich z.B. um einen beliebigen Spiegel der Projektionsbelichtungsanla- ge 510 handeln. 5, an illumination device in a projection exposure system 510 designed for EUV has a field facet mirror 503 and a pupil facet mirror 504. The light from a light source unit, which comprises a plasma light source 501 and a collector mirror 502, is directed onto the field facet mirror 503. A first telescope mirror 505 and a second telescope mirror 506 are arranged in the light path after the pupil facet mirror 504. A deflection mirror 507 is arranged in the light path, which directs the radiation striking it onto an object field in the object plane of a projection objective comprising six mirrors 521-526. At the location of the object field, a reflective structure-bearing mask 531 is arranged on a mask table 530, which is imaged with the aid of the projection objective in an image plane in which a substrate 541 coated with a light-sensitive layer (photoresist) is located on a wafer table 540. The optical element tested in an interferometric test arrangement described below with the method according to the invention can be, for example, any mirror of the projection exposure system 510.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einen möglichen Aufbaus einer interferometrischen Prüfanordnung zur Prüfung eines Spiegels unter Verwendung eines CGH. 1 shows a schematic illustration to explain a possible structure of an interferometric test arrangement for testing a mirror using a CGH.
Gemäß Fig. 1 tritt die von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle erzeugte und aus der Austrittsfläche eines Lichtwellenleiters 101 austretende Beleuchtungs- Strahlung als Eingangswelle 105 mit einer sphärischen Wellenfront aus, durch- läuft einen Strahlteiler 110 und trifft anschließend auf ein komplex kodiertes CGH 120. Das CGH 120 erzeugt in Transmission im Beispiel gemäß seiner komplexen Kodierung aus der Eingangswelle 105 insgesamt vier Ausgangs- wellen, von denen eine Ausgangswelle als Prüfwelle auf die Oberfläche des hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Elements in Form eines Spiegels 140 mit einer an die Sollform der Oberfläche dieses Spiegels 140 angepassten Wellenfront auftrifft. Des Weiteren erzeugt das CGH 120 aus der Eingangswelle 105 in Transmission drei weitere Ausgangswellen, von denen jede auf jeweils ein weiteres reflektives optisches Element 131 , 132 bzw. 133 trifft. Mit„135“ ist ein Shutter bezeichnet. Das CGH 120 dient auch zur Überlagerung der vom Spiegel 140 reflektierten Prüfwelle sowie der von den Elementen 131 -133 reflektierten Referenzwellen, welche als konvergente Strahlen wieder auf den Strahlteiler 110 treffen und von diesem in Richtung einer als CCD-Kamera ausgelegten Interferometerkamera 160 reflektiert wer- den, wobei sie ein Okular 150 durchlaufen. Die Interferometerkamera 160 er- fasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Interferogramm, aus welchem über eine (nicht dargestellte) Auswerteeinrichtung die tatsächliche Form der optischen Oberfläche des Spiegels 140 bestimmt wird. Das optische System bzw. die interferometrischen Prüfanordnung wird in dem der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Konzept in von den zur Interfe- renz gelangenden Lichtwellen gemeinsam durchlaufene Abschnitte und in von den zur Interferenz gelangenden Lichtwellen getrennt bzw. nicht gemeinsam durchlaufene Abschnitte unterteilt. Die Trennstelle zwischen den gemeinsam durchlaufenen Abschnitten und den getrennt durchlaufenen Abschnitten bildet hierbei eine beugende Struktur (in Fig. 1 das CGH 120). Dabei ist der System- teil von der Beleuchtungsquelle bis zur beugenden Struktur (inklusive Beleuch- tungsoptik) ebenfalls als gemeinsam durchlaufener Abschnitt anzusehen, da eine Trennung der Wellen erst an der beugenden Struktur entsteht. Ebenso handelt es sich bei dem Abschnitt des Interferometers von der beugenden Struktur bis zur Interferometerkamera um einen gemeinsam durchlaufenen Systemteil. Diese beiden gemeinsam durchlaufenen Systemteile können ver- schiedene Stärken für Dichroismus und Retardierung sowie jeweils verschie- dene Achsrichtungen für den dichroitischen Polarisator und Retarder aufwei- sen. In den getrennt bzw. nicht gemeinsam durchlaufenen Abschnitten infolge Aufspaltung an der beugenden Struktur ist die Polarisationswirkung im Normal- fall vorwiegend durch die Polarisationswirkung der beugenden Struktur gege- ben; alle sonstigen Polarisationswirkungen in diesen Abschnitten können übli- cherweise vernachlässigt werden, da der Lichteinfall auf die Prüf-, Referenz- und Kalibrierflächen vorzugsweise senkrecht und somit nahezu ohne Polarisa- tionswirkung ist. 1, the illuminating radiation generated by a light source (not shown) and emerging from the exit surface of an optical waveguide 101 emerges as an input wave 105 with a spherical wavefront, passes through a beam splitter 110 and then strikes a complex-coded CGH 120. In transmission, the CGH 120 generates a total of four output waves from the input shaft 105, of which one output wave acts as a test wave on the surface of the optical element to be characterized in terms of its surface shape in the form of a mirror 140 with a shape corresponding to the desired shape Surface of this mirror hits 140 adapted wavefront. Furthermore, the CGH 120 generates three further output waves from the input shaft 105 in transmission, each of which strikes a further reflective optical element 131, 132 or 133. A shutter is designated with “135”. The CGH 120 also serves to superimpose the test wave reflected by the mirror 140 and the reference waves reflected by the elements 131-133, which again hit the beam splitter 110 as convergent rays and are reflected by the latter in the direction of an interferometer camera 160 designed as a CCD camera. through an eyepiece 150. The interferometer camera 160 detects an interferogram generated by the interfering waves, from which the actual shape of the optical surface of the mirror 140 is determined via an evaluation device (not shown). In the concept on which the present invention is based, the optical system or the interferometric test arrangement is subdivided into sections passed through by the light waves reaching interference and sections separated or not passed through by the light waves reaching interference. The separation point between the sections that have been run through together and the sections that have passed separately forms a diffractive structure (in FIG. 1, the CGH 120). The part of the system from the lighting source to the diffractive structure (including the lighting optics) should also be viewed as a jointly traversed section, since the waves are only separated at the diffractive structure. Likewise, the section of the interferometer from the diffractive structure to the interferometer camera is a jointly run system part. These two parts of the system that are run through together can have different strengths for dichroism and retardation as well as different axis directions for the dichroic polarizer and retarder. In the sections that have been passed through separately or not together as a result of splitting on the diffractive structure, the polarization effect is normally predominantly given by the polarization effect of the diffractive structure; all other polarization effects in these sections can usually be neglected, since the incidence of light on the test, reference and calibration surfaces is preferably vertical and therefore almost without polarization effect.
Erfindungsgemäß erfolgt nun eine Bestimmung der Passe des optischen Ele- ments bzw. Spiegels 140 basierend auf wenigstens einer Interferogramm- Messung mit elektromagnetischer Strahlung von linearer Eingangspolarisation. Insbesondere kann das Verfahren gemäß der Erfindung wenigstens zwei Inter- ferogramm-Messungen mit elektromagnetischer Strahlung von linearer Eingangspolarisation umfassen, wobei die Eingangspolarisationen für diese zwei Interferogramm-Messungen orthogonal zueinander sind. Dabei stimmen vorzugsweise die für diese zwei Interferogramm-Messungen verwendeten Eingangspolarisationen in ihrer Polarisatonsrichtung mit den Richtungen der Eigenvektoren einer Jones-Matrix überein, welche die Polarisationswirkung der interferometrischen Prüfanordnung in deren von Referenzwelle und Prüfwelle gemeinsam durchlaufenem Bereich beschreibt. According to the invention, the fit of the optical element or mirror 140 is now determined based on at least one interferogram measurement with electromagnetic radiation from linear input polarization. In particular, the method according to the invention can comprise at least two interferogram measurements with electromagnetic radiation of linear input polarization, the input polarizations for these two interferogram measurements being orthogonal to one another. The polarization of the input polarizations used for these two interferogram measurements preferably coincide with the directions of the eigenvectors of a Jones matrix, which determine the polarization effect of the interferometric test arrangement in their area traversed by reference wave and test wave.
Zur Einstellung der entsprechenden Eingangspolarisation dient ein in Fig. 1 schematisch angedeutetes polarisationsbeeinflussendes Element 170, welches in beliebiger geeigneter Weise ausgestaltet und variabel im optischen Strahlengang angeordnet werden kann. In Ausführungsformen kann ein geeigneter Polarisator zur Einstellung linearer Polarisation in Kombination mit einer Lambda/2-Platte zum Umschalten zwischen den jeweiligen Polarisationsrichtungen eingesetzt werden. In weiteren Ausführungsformen kann ein geeigneter Polarisator in Kombination mit einer drehbaren Lambdas- Platte sowie einer drehbaren Lambda/4-Platte zur Einstellung orthogonaler linearer und zirkularer Eingangspolarisationen eingesetzt werden. A polarization-influencing element 170, which is schematically indicated in FIG. 1 and which can be configured in any suitable manner and can be variably arranged in the optical beam path, is used to set the corresponding input polarization. In embodiments, a suitable polarizer for setting linear polarization can be used in combination with a lambda / 2 plate for switching between the respective polarization directions. In further embodiments, a suitable polarizer can be used in combination with a rotatable lambdas plate and a rotatable lambda / 4 plate for setting orthogonal linear and circular input polarizations.
Die vorstehend genannten zwei Interferogramm-Messungen können in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar am hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element vorgenommen werden, was anhand des in Fig. 2 gezeigten Flussdiagramms in den Schritten S210 und S220 erfolgt. Anschließend wird gemäß Fig. 2 im Schritt S230 aus den beiden in den Schritten S210 und S220 erhaltenen Inter- ferogramm-Phasen eine gemittelte Interferogramm-Phase berechnet, und die Passe des Prüflings wird im Schritt S240 auf Basis dieser gemittelten Interfero- gramm-Phase bestimmt. In a first embodiment of the method according to the invention, the above-mentioned two interferogram measurements can be carried out directly on the optical element to be characterized with regard to its surface shape, which takes place in steps S210 and S220 using the flow diagram shown in FIG. 2. 2, an averaged interferogram phase is calculated in step S230 from the two interferogram phases obtained in steps S210 and S220, and the fit of the test object is determined in step S240 on the basis of this averaged interferogram phase ,
Dabei kann es sich bei den in den genannten zwei Interferogramm-Messungen verwendeten Eingangspolarisationen um lineare Eingangspolarisationen oder auch um zirkulare Eingangspolarisationen handeln. The input polarizations used in the two interferogram measurements mentioned can be linear input polarizations or also circular input polarizations.
Mit Hilfe einer analytischen Abschätzung lässt sich nun zeigen, dass der polarisationsinduzierte Phasenanteil in der Interferogramm-Phase bis zu einer bestimmten Ordnung sowohl für die zueinander orthogonalen Eingangspolari- sationen identische (d.h. von der Eingangspolarisation unabhängige) Terme als auch einen Term umfasst, welcher für die zueinander orthogonalen Ein- gangspolarisationen denselben Betrag aber entgegengesetztes Vorzeichen besitzt. Dies hat zur Folge, dass bei der o.g. erfindungsgemäßen Mittelwertbil- dung nur die für die zueinander orthogonalen Eingangspolarisationen identi- schen bzw. hiervon unabhängigen Terme übrigbleiben. With the help of an analytical estimate it can now be shown that the polarization-induced phase component in the interferogram phase up to a certain order includes terms that are identical (ie independent of the input polarization) for the mutually orthogonal input polarizations as well as a term that corresponds to the mutually orthogonal inputs course polarizations have the same amount but opposite signs. The result of this is that only the terms that are identical or independent of the mutually orthogonal input polarizations remain in the averaging according to the invention.
Mit Hilfe der eingangs beschriebenen analytischen Abschätzung ergeben sich folgende formale Ausdrücke für den zweiten polarisationsinduzierten Phasen- anteil in der Interferogramm-Phase bei Verwendung von zwei linearen und orthogonalen Eingangspolarisationen With the help of the analytical estimate described in the introduction, the following formal expressions result for the second polarization-induced phase component in the interferogram phase when using two linear and orthogonal input polarizations
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
Bei Verwendung von zwei zirkularen und orthogonalen Eingangspolarisationen gilt:
Figure imgf000018_0002
When using two circular and orthogonal input polarizations:
Figure imgf000018_0002
Für die jeweiligen beiden unterschiedlichen und zueinander orthogonalen Ein- gangspolarisationen unterscheidet sich der polarisationsabhängige Anteil, be- zeichnet durch den tiefergestellten Index„pol“, durch die beiden voranstehen- den unterschiedlichen Vorzeichen. Die angegebenen Ausdrücke gelten als Entwicklung nur näherungsweise und geben nur die Anteile des zweiten polari- sationsinduzierten Phasenanteils in der Interferogramm-Phase wieder (andere Phasenanteile wie z.B. der erste polarisationsinduzierte Phasenanteil, der Phasenanteil aufgrund der skalaren Phasen der beugenden Struktur, ein Phasenanteil aufgrund der zu prüfenden Oberfläche und ggf. weitere Phasen- anteile sind hier nicht enthalten). For the respective two different and mutually orthogonal input polarizations, the polarization-dependent part, designated by the lower index “pol”, differs by the two preceding signs. The expressions given are only approximate and represent only the proportions of the second polarization-induced phase component in the interferogram phase (other phase components such as the first polarization-induced phase component, the phase component due to the scalar phases of the diffractive structure, a phase component due to the testing surface and any other phase components are not included here).
In den o.g. Gleichungen (1 ) und (2) kennzeichnen die hochgestellten Zahlen in Klammern die Ordnung der Terme hinsichtlich der Entwicklung nach den kleinen Größen für Dichroismus und Retardierung der beugenden Struktur. Bezeichnet d die Stärke des Dichroismus und r die Stärke der Retardierung für eine an der beugenden Struktur entstandenen Welle, so enthält der Term
Figure imgf000019_0001
nur Terme mit den Produkten d2, r2 und d - r. Die hochgestellte Zahl kenn- zeichnet somit typischerweise die Größe des Betrags des jeweiligen Terms, z.B. ist
Figure imgf000019_0002
betragsmäßig größer als f (2\ In the above-mentioned equations (1) and (2), the superscript numbers in brackets indicate the order of the terms with regard to the development according to the small sizes for dichroism and retardation of the diffractive structure. If d denotes the strength of the dichroism and r the strength of the retardation for a wave formed on the diffractive structure, the term contains
Figure imgf000019_0001
only terms with the products d 2 , r 2 and d - r. The superscript number therefore typically indicates the size of the amount of the respective term, for example, is
Figure imgf000019_0002
larger than f (2 \
Für die Diskussion der von der Polarisation unabhängigen Terme und der von der Polarisation abhängigen Terme im zweiten polarisationsinduzierten Phaseneffekt ist es ausreichend, nur den Betrag dieser Terme zu betrachten, weil z.B. die Vorzeichen (und auch die Beträge) der einzelnen Terme von der Position im Interferogramm und den jeweils betrachteten interferierenden Wel- len abhängen können oder weil z.B. bei normalverteilten Fertigungsschwan- kungen der einzelnen optischen Elemente mit Polarisationswirkung die ent- sprechenden Phasen unter Abzug der nominellen Phasen bei idealer Kenntnis der Polarisationselemente unterschiedliche Vorzeichen (und Beträge) mit ähn- licher Wahrscheinlichkeit haben können. For the discussion of the polarization-independent terms and the polarization-dependent terms in the second polarization-induced phase effect, it is sufficient to consider only the magnitude of these terms, because e.g. the signs (and also the amounts) of the individual terms can depend on the position in the interferogram and the interfering waves considered in each case or because e.g. in the case of normally distributed production fluctuations of the individual optical elements with polarization effect, the corresponding phases, with deduction of the nominal phases and ideal knowledge of the polarization elements, can have different signs (and amounts) with a similar probability.
Unter entsprechenden Voraussetzungen und Näherungen kann auch eine Ab- schätzung für die Interferogramm-Phase des ersten, nur durch die Polarisati- onswirkung der beugenden Struktur verursachten polarisationsinduzierten Phasenanteils für lineare und orthogonale Eingangspolarisationen
Figure imgf000019_0003
sowie für zirkulare und orthogonale Eingangspolarisationen
Figure imgf000019_0004
angegeben werden. Es ist zu beachten, dass die Terme im zweiten polarisati- onsinduzierten Phaseneffekt noch linear von den sehr kleinen Größen für Dich- roismus und Retardierung in den gemeinsam durchlaufenen Abschnitten ab- hängig sind, weshalb die Terme im zweiten polarisationsinduzierten Phasen- effekt üblicherweise kleiner sind als Terme im ersten polarisationsinduzierten Phaseneffekt. Under appropriate conditions and approximations, an estimate can also be made for the interferogram phase of the first polarization-induced phase component for linear and orthogonal input polarizations, which is caused only by the polarization effect of the diffractive structure
Figure imgf000019_0003
as well as for circular and orthogonal input polarizations
Figure imgf000019_0004
can be specified. It should be noted that the terms in the second polarization-induced phase effect are still linearly dependent on the very small sizes for dichroism and retardation in the sections that are run through together, which is why the terms in the second polarization-induced phase effect are usually smaller than terms in the first polarization-induced phase effect.
Unter der Annahme, dass die beugende Struktur in idealer Weise bekannt ist, so dass deren skalare Phasen und der erste polarisationsinduzierte Phasen- anteil in den getrennt durchlaufenen Abschnitten in idealer Weise bekannt sind, kann der zweite polarisationsinduzierte Phasenanteil durch den Übergang von einer zirkularen auf eine lineare Eingangspolarisation und weiter durch Mitte- lung der Interferogramm-Phasen für die beiden orthogonalen Eingangspolari- sationen jeweils reduziert werden, da sich die Ordnung der Terme in den Stär- ken von Dichroismus und Retardierung für die beugende Struktur bei jedem Schritt um eine Ordnung erhöht und sich somit die Größe der Beträge der je- weiligen Terme schrittweise verkleinert. Assuming that the diffractive structure is known in an ideal way, so that its scalar phases and the first polarization-induced phase component in the separately run sections are known in an ideal manner, the second polarization-induced phase component can be changed by the transition from a circular to a linear input polarization and further by averaging the interferogram phases for the two orthogonal input polarizations, since the order of the terms in the strengths of dichroism and retardation for the diffractive structure increases by one order for each step and the size of the amounts of the respective terms is gradually reduced.
Im Ergebnis wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insgesamt eine Reduzierung des (neben dem eigentlich zu bestimmenden Phasenanteil ent- sprechend der Passe des Prüflings vorhandenen) polarisationsinduzierten Phasenanteils erzielt. As a result, in the method according to the invention, a reduction in the polarization-induced phase component (in addition to the phase component actually to be determined corresponding to the fit of the test object) is achieved.
Um eine mit der Durchführung von zwei Interferogramm-Messungen am opti- schen Element gemäß Fig. 2 einhergehende Vergrößerung der Messzeit zu vermeiden, kann in weiteren Ausführungsformen gemäß Fig. 3 in einem Schritt S310 auch eine Vorab-Kalibrierung an einer (von dem hinsichtlich der Ober- flächenform zu charakterisierenden optischen Element verschiedenen) Kalib- rier-Probe durchgeführt werden. In order to avoid an increase in the measurement time associated with the implementation of two interferogram measurements on the optical element according to FIG. 2, in further embodiments according to FIG. 3 a pre-calibration can also be carried out in a step S310 (of which with regard to the Surface to be characterized optical element different) calibration sample can be performed.
Anhand dieser Vorab-Kalibrierung kann dann im Schritt S320 der Unterschied zwischen den für die zueinander orthogonalen Eingangspolarisationen erhalte- nen polarisationsinduzierten Interferogramm-Phasen ermittelt werden. Die Durchführung der eigentlichen Interferogramm-Messung am hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element muss dann nur noch für eine der beiden bei der Vorab-Kalibrierung verwendeten Eingangs- polarisationen erfolgen (Schritt S330), wobei die Passebestimmung dann auf Basis der hierbei erhaltenen Interferogramm-Phase und des zuvor im Schritt S320 ermittelten Unterschieds vorgenommen werden kann. On the basis of this preliminary calibration, the difference between the polarization-induced interferogram phases obtained for the mutually orthogonal input polarizations can then be determined in step S320. The actual interferogram measurement on the optical element to be characterized with regard to its surface shape then only has to be carried out for one of the two input polarizations used in the pre-calibration (step S330), the pass determination then being carried out The interferogram phase obtained in this way and the difference previously determined in step S320 can be carried out.
Auch bei den bei der Vorab-Kalibrierung verwendeten, zueinander orthogona- len Eingangspolarisationen kann es sich um lineare Eingangspolarisationen oder auch um zirkulare Eingangspolarisationen handeln. Die bei der Vorab- Kalibrierung durchgeführten Interferogramm-Messungen können dann bei der am tatsächlich hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden opti- schen Element durchgeführten Interferogramm-Messung zur Umrechnung auf den entsprechenden Mittelwert für die beiden verwendeten Eingangspolarisati- onen genutzt werden, gemäß der Formel
Figure imgf000021_0001
The mutually orthogonal input polarizations used in the pre-calibration can also be linear input polarizations or circular input polarizations. The interferogram measurements carried out in the pre-calibration can then be used in the interferogram measurement carried out on the optical element actually to be characterized in terms of its surface shape to convert to the corresponding mean value for the two input polarizations used, according to the formula
Figure imgf000021_0001
Dabei bezeichnen f1 und f2 die beiden zueinander orthogonalen Eingangspo- larisationen, wobei der Index k für die Vorab-Kalibrierung steht. Here, f 1 and f 2 denote the two input polarizations orthogonal to one another, the index k standing for the preliminary calibration.
Im Ergebnis kann durch die vorstehend beschriebene Vorab-Kalibrierung eine mit der Durchführung von zwei Interferogramm-Messungen für den eigentli- chen Prüfling einhergehende Vergrößerung der Messzeit vermieden werden. As a result, the above-described preliminary calibration can avoid an increase in the measurement time associated with the implementation of two interferogram measurements for the actual test object.
In weiteren Ausführungsformen kann die Vorab-Kalibrierung ferner eine Inter ferogramm-Messung unter Verwendung von elektromagnetischer Strahlung mit zirkularer Eingangspolarisation umfassen. In Verbindung mit einer solchen Vorab-Kalibrierung kann die spätere Interferogramm-Messung am eigentlich hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element auch für eine (ggf. zwecks Kontrastverbesserung gewünschte) zirkulare Ein- gangspolarisation erfolgen, da die Vorab-Kalibrierung dann zur Umrechnung in entsprechende Interferogramm-Phasen für die beiden zueinander senkrechten linearen Eingangspolarisationen (bzw. eine analog zu den vorstehenden Aus- führungsformen gemittelte Interferogramm-Phase) genutzt werden kann. Fig. 4 zeigt alternativ zu Fig. 1 eine weitere beispielhafte Konfiguration einer interferometrischen Prüfanordnung. In other embodiments, the pre-calibration may further include an interferogram measurement using electromagnetic radiation with circular input polarization. In connection with such a pre-calibration, the later interferogram measurement on the optical element that is actually to be characterized with regard to its surface shape can also be carried out for a circular input polarization (possibly desired for the purpose of improving contrast), since the pre-calibration is then carried out for conversion into the corresponding interferogram Phases can be used for the two mutually perpendicular linear input polarizations (or an interferogram phase averaged analogously to the above embodiments). As an alternative to FIG. 1, FIG. 4 shows a further exemplary configuration of an interferometric test arrangement.
Gemäß Fig. 4 wird in einer Fizeau-Anordnung ein Interferogramm zwischen einer an einer Referenzfläche 402 („Fizeau-Platte“) reflektierten Referenzwelle und einer an einem Spiegel 401 reflektierten Prüfwelle erzeugt. Dabei wird das Messlicht durch ein CGFI 403 zu einer asphärischen Wellenfront geformt, die mathematisch exakt der „Prüflingsform“ (d.h. der Form des betreffenden Spiegels 401 ) in einem Sollabstand entspricht. Die von der Referenzfläche 402 einerseits und dem betreffenden Spiegel 401 bzw. Prüfling andererseits reflektierten Wellenfronten interferieren miteinander in einem Interferometer 404, welches gemäß Fig. 4 eine Lichtquelle 405, eine Strahlteilerplatte 406, ein Kollimator 407, eine Blende 408, ein Okular 409 und eine CCD-Kamera 410 aufweist. Mit der CCD-Kamera 410 wird ein Interferogramm des jeweiligen Spiegels 401 aufgenommen. 4, an interferogram is generated in a Fizeau arrangement between a reference wave reflected on a reference surface 402 (“Fizeau plate”) and a test wave reflected on a mirror 401. The measuring light is shaped by a CGFI 403 into an aspherical wavefront, which mathematically corresponds exactly to the "test specimen shape" (i.e. the shape of the mirror 401 in question) at a desired distance. The wavefronts reflected by the reference surface 402 on the one hand and the relevant mirror 401 or test specimen on the other hand interfere with one another in an interferometer 404, which according to FIG CCD camera 410. An interferogram of the respective mirror 401 is recorded with the CCD camera 410.
Auch hier dient zur Einstellung der entsprechenden Eingangspolarisation ein in Fig. 4 lediglich schematisch angedeutetes polarisationsbeeinflussendes Element 450, welches analog zu Fig. 1 in beliebiger geeigneter Weise ausgestaltet und variabel im optischen Strahlengang angeordnet werden kann. Here, too, a polarization-influencing element 450, which is indicated only schematically in FIG. 4, is used to set the corresponding input polarization, and can be configured in any suitable manner analogously to FIG. 1 and can be arranged variably in the optical beam path.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alter- native Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsfor- men von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äqui- valente beschränkt ist. Although the invention has been described with reference to specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments, e.g. by combining and / or exchanging features of individual embodiments. Accordingly, it is understood by the person skilled in the art that such variations and alternative embodiments are also encompassed by the present invention and the scope of the invention is limited only within the meaning of the appended claims and their equivalents.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements, wobei in wenigstens einer mit einer interferometrischen Prüf- anordnung durchgeführten Interferogramm-Messung eine an dem opti- schen Element reflektierte Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten Referenzwelle zur Überlagerung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass 1. A method for characterizing the surface shape of an optical element, wherein in at least one interferogram measurement carried out with an interferometric test arrangement, a test wave reflected on the optical element is superimposed with a reference wave not reflected on the optical element, characterized in that that
eine Bestimmung der Passe des optischen Elements basierend auf wenig- stens zwei Interferogramm-Messungen mit elektromagnetischer Strahlung von jeweils linearer Eingangspolarisation oder jeweils zirkularer Eingangs- polarisation erfolgt, wobei die Eingangspolarisationen für diese zwei Inter- ferogramm-Messungen sich voneinander unterscheiden.  the fit of the optical element is determined based on at least two interferogram measurements with electromagnetic radiation, each with linear input polarization or circular input polarization, the input polarizations for these two interferogram measurements differing from one another.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangs- polarisationen für diese zwei Interferogramm-Messungen lineare Ein- gangspolarisationen unterschiedlicher Polarisationsrichtung sind. 2. The method according to claim 1, characterized in that the input polarizations for these two interferogram measurements are linear input polarizations of different polarization directions.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangspolarisationen für diese zwei Interferogramm-Messungen ortho- gonal zueinander sind. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the input polarizations for these two interferogram measurements are orthogonal to one another.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Passe des optischen Elements basierend auf einer Mittelung von bei diesen zwei Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phasen erfolgt. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the determination of the fit of the optical element is based on an averaging of interferogram phases obtained in each of these two interferogram measurements.
5. Verfahren zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements, wobei in wenigstens einer mit einer interferometrischen Prüf- anordnung durchgeführten Interferogramm-Messung eine an dem opti- schen Element reflektierte Prüfwelle mit einer nicht an dem optischen Element reflektierten Referenzwelle zur Überlagerung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung der Passe des optischen Elements basierend auf einer Mittelung von bei zwei Interferogramm-Messungen jeweils erhaltenen Interferogramm-Phasen erfolgt, wobei die Eingangspolarisationen für diese zwei Interferogramm-Messungen orthogonal zueinander sind. 5. A method for characterizing the surface shape of an optical element, wherein in at least one interferogram measurement carried out with an interferometric test arrangement, a test wave reflected on the optical element is superimposed with a reference wave not reflected on the optical element, characterized in that that the fit of the optical element is determined based on an averaging of interferogram phases obtained in each case with two interferogram measurements, the input polarizations for these two interferogram measurements being orthogonal to one another.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die für diese zwei Interferogramm-Messungen verwendeten Eingangspolarisationen in ihrer Polarisatonsrichtung mit den Richtungen der Eigenvektoren einer Jones-Matrix übereinstimmen, welche die Polari- sationswirkung der interferometrischen Prüfanordnung in deren von Refe- renzwelle und Prüfwelle gemeinsam durchlaufenem Bereich beschreibt. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the polarization direction of the input polarizations used for these two interferogram measurements coincide with the directions of the eigenvectors of a Jones matrix, which reflect the polarization effect of the interferometric test arrangement in their by Refe - Describes the boundary wave and the test wave in the area that was passed through together.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass diese zwei Interferogramm-Messungen an dem hinsichtlich der Oberflächenform zu charakterisierenden optischen Element durch- geführt werden. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that these two interferogram measurements are carried out on the optical element to be characterized with regard to the surface shape.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass diese zwei Interferogramm-Messungen in einer Vorab- Kalibrierung an einer von dem hinsichtlich der Oberflächenform zu charak- terisierenden optischen Element verschiedenen Kalibrier-Probe durchge- führt werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that these two interferogram measurements are carried out in a pre-calibration on a calibration sample different from the optical element to be characterized with regard to the surface shape.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestim- mung der Passe des optischen Elements auf Basis eines anhand der Vorab-Kalibrierung ermittelten Unterschieds zwischen den für die zwei Interferogramm-Messungen verwendeten Eingangspolarisationen erhalte- nen polarisationsinduzierten Interferogramm-Phasen erfolgt. 9. The method according to claim 8, characterized in that the determination of the fit of the optical element is carried out on the basis of a difference, determined on the basis of the preliminary calibration, between the polarization-induced interferogram phases obtained for the two interferogram measurements used for the input polarizations.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorab-Kalibrierung wenigstens eine Interferogramm-Messung unter Ver- wendung von elektromagnetischer Strahlung mit zirkularer Eingangspola- risation umfasst. 10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that the pre-calibration comprises at least one interferogram measurement using electromagnetic radiation with circular input polarization.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das optische Element ein Spiegel ist. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the optical element is a mirror.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das optische Element für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere weniger als 15nm, ausgelegt ist. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the optical element is designed for a working wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das optische Element ein optisches Element einer mikro- lithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the optical element is an optical element of a microlithographic projection exposure system.
14. Vorrichtung zur Charakterisierung der Oberflächenform eines optischen Elements, insbesondere eines optischen Elements einer mikrolithographi- sehen Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden An- sprüche durchzuführen. 14. Device for characterizing the surface shape of an optical element, in particular an optical element of a microlithographic projection exposure system, characterized in that it is configured to carry out a method according to one of the preceding claims.
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